內(nèi)蒙古通遼5.3級(jí)地震序列特征及發(fā)震背景分析

內(nèi)蒙古通遼5.3級(jí)地震序列特征及發(fā)震背景分析

裴惠娟1， 韓曉明2， 張帆2， 胡博2， 陳文凱3

(1.中國(guó)科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心，甘肅 蘭州730000； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古 呼和浩特010010；

3.中國(guó)地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州730000)

摘要：2013年4月22日在赤峰—開(kāi)原斷裂中段發(fā)生了內(nèi)蒙古通遼5.3級(jí)地震，對(duì)我國(guó)華北和東北地區(qū)的地震形勢(shì)產(chǎn)生雙重影響。基于K值、G-R關(guān)系、能量釋放比例RE和M-T等指標(biāo)判定通遼5.3級(jí)地震為主震-余震型。根據(jù)1900年以來(lái)東北地區(qū)中強(qiáng)地震時(shí)空演化規(guī)律分析認(rèn)為，大興安嶺和松遼盆地5級(jí)以上地震具有基于時(shí)間相依的空間對(duì)跳現(xiàn)象，通遼5.3地震是繼2008年6月10日阿榮旗與鄂倫春交界5.2級(jí)地震之后，對(duì)跳發(fā)生于松遼盆地東南邊緣的一次中強(qiáng)地震；對(duì)比東北地區(qū)以往震例分析認(rèn)為，通遼5.3級(jí)地震既具有符合歷史統(tǒng)計(jì)規(guī)律的普遍性，又具有不同于歷史統(tǒng)計(jì)規(guī)律的特殊性。根據(jù)2011年3月11日日本東海岸9.0級(jí)強(qiáng)震前后東北地區(qū)中等以上地震的時(shí)空演化特征分析認(rèn)為，海拉爾盆地及大興安嶺過(guò)渡帶、環(huán)渤海地區(qū)至開(kāi)魯盆地的“菱形”區(qū)域是日本9.0級(jí)地震之后我國(guó)東部地區(qū)響應(yīng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)。由于同時(shí)受到日本9.0級(jí)地震和鄂霍次克海8.2級(jí)深震前所未有的雙重影響，2013年?yáng)|北地區(qū)的松遼盆地史無(wú)前例的發(fā)生了8次5級(jí)以上中強(qiáng)地震，未來(lái)東北地區(qū)很可能將重啟新的地震活動(dòng)格局。

關(guān)鍵詞：赤峰—開(kāi)原斷裂； 通遼5.3級(jí)地震； 序列特征； 地震定位； 地震形勢(shì)

收稿日期：*2014-05-23

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局蘭州地震研究所地震科技發(fā)展

作者簡(jiǎn)介：裴惠娟(1982-)，女(漢族)，青海樂(lè)都人，助理研究員，主要從事自然災(zāi)害應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略情報(bào)研究.E-mail ：peihj@llas.ac.cn

通訊作者：韓曉明(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法研究.

中圖分類號(hào):P315.63文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.01.0242

Analysis of Sequence Characteristics and Occurrence Background

of the TongliaoM5.3 Earthquake

PEI Hui-juan1， HAN Xiao-ming2， ZHANG Fan2， HU Bo2， CHEN Wen-kai3

(1.LanzhouLibraryofChineseAcademyofSciences,Lanzhou，Gansu730000，China；

2.EarthquakeAdministrationofInnerMongoliaAutonomousRegion，Hohhot，InnerMongolia010010，China；

3.LanzhouInstituteofSeismology，CEA，Lanzhou，Gansu730000，China)

Abstract：It is generally known that the Chifeng-Kaiyuan fault functions as the boundary between the North China Block and Northeast Block.On April 22，2013，the Tongliao M5.3 earthquake occurred in the central segment of the Chifeng-Kaiyuan fault，and thus，it exerted dual influence on the occurrence background in North and Northeast China.This earthquake was determined to be of mainshock-aftershock type based on the results of indicators such as the K value，G-R relationship，energy release rate RE，and M-T.An analysis of the space-time evolution regularities of moderately strong earthquakes in Northeast China since 1900，presented in this paper，shows that earthquakes >M5.0 in Greater Khingan and the Songliao Basin are time-dependent and space-alternating events.Following the Arun-Oroqen border M5.3 earthquake of 2008，the Tongliao M5.3 earthquake occurred in the southeastern edge of the Songliao Basin as a moderately strong earthquake.Further comparative studies with past earthquakes in Northeast China have shown that this earthquake has both generality and particularity.The space-time evolution regularities of moderate and strong earthquakes in Northeast China，both before and after the 2011 Japan M9.0 magnitude earthquake，indicates that compared with other areas of Northeast China，the diamond-shaped area between the Hailaer Basin，Greater Hinggan transition zone，circum-Bohai region，and the Kailu Basin responded most strongly to the 2011 Japan M9.0 earthquake.Influenced by the Okhotsk M8.2 and Japan M9.0 earthquakes，more than eight M5.0 earthquakes occurred in the Songliao Basin in 2013.This article concludes that a new pattern of seismic activity is likely to start in Northeast China in the future.

Key words： Chifeng-Kaiyuan fault； TongliaoM5.3 earthquake； sequence characteristics； earthquake location； earthquake situation

0引言

赤峰—開(kāi)原斷裂橫貫內(nèi)蒙古、遼寧、吉林三省，大部在內(nèi)蒙古境內(nèi)，走向近EW，延伸近1 400 km，是我國(guó)東北和華北地區(qū)的一條重要斷裂帶。從某種意義上講，赤峰—開(kāi)原斷裂是內(nèi)蒙古和遼寧交界最為重要的一個(gè)斷裂，也是我國(guó)東北和華北地區(qū)的一條標(biāo)志性分界斷裂。在進(jìn)行地震活動(dòng)分析和地震趨勢(shì)判定時(shí)，根據(jù)地震活動(dòng)和地質(zhì)構(gòu)造特征將赤峰—開(kāi)原斷裂作為東北地震區(qū)和華北地震區(qū)的分界線。主要依據(jù)如下：(1)根據(jù)馬杏垣[1]的大地構(gòu)造、新構(gòu)造、現(xiàn)今地殼應(yīng)力狀態(tài)和板內(nèi)塊體的現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)等研究成果，將赤峰—開(kāi)原斷裂南北分別劃入華北塊體和東北塊體。(2)赤峰—開(kāi)原斷裂一線存在一個(gè)顯著的巖石圈厚度變異帶，地殼厚度和巖石圈厚度比值分布圖也揭示了開(kāi)原—赤峰一線為我國(guó)東北和華北兩個(gè)構(gòu)造塊體的分界線，以北地區(qū)為東北塊體，南部則劃為華北塊體[3-4]。(3)赤峰—開(kāi)原斷裂北側(cè)地震活動(dòng)特征和南側(cè)存在顯著差異。相對(duì)于斷裂南側(cè)，北側(cè)的中強(qiáng)地震突發(fā)性強(qiáng)，少有前震序列，且余震序列數(shù)量較少。

鑒于赤峰—開(kāi)原斷裂的特殊位置，發(fā)生在該斷裂的中強(qiáng)地震亦具有一定的特殊性和重要的研究?jī)r(jià)值，開(kāi)展赤峰—開(kāi)原斷裂帶的中強(qiáng)地震研究，能夠同時(shí)為東北地區(qū)和華北地區(qū)的地震形勢(shì)判定提供科學(xué)依據(jù)。地震活動(dòng)背景是衡量一個(gè)區(qū)域地殼活動(dòng)水平的重要標(biāo)志，也是進(jìn)行地震序列類型分析前的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作[5]。本文以2013年4月22日通遼5.3級(jí)地震作為研究對(duì)象，著重闡述東北地區(qū)地震活動(dòng)背景、通遼5.3級(jí)地震序列類型判定、序列統(tǒng)計(jì)特征等內(nèi)容，盡可能全面展示地震活動(dòng)方面的詳細(xì)信息，以期為華北和東北地區(qū)未來(lái)的地震形勢(shì)判定提供有益參考。

1地震概況

2013年4月22日17時(shí)11分，內(nèi)蒙古通遼科爾沁左翼后旗(N42.9°、E122.4°)發(fā)生MS5.3地震，震中位于NNE向的錦州—阜新斷裂與EW向的赤峰—開(kāi)原斷裂交匯區(qū)域，即松遼盆地的西南角和開(kāi)魯盆地南邊界；該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、中強(qiáng)地震頻發(fā)，根據(jù)中國(guó)地震目錄(中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司預(yù)報(bào)管理處整編，2010年6月)，有歷史地震記錄以來(lái)震中周圍150 km范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.0以上地震8次(圖1)，其中：記載最早的地震是1318年遼寧阜新5.0級(jí)地震，距本次5.3地震約41.5 km；時(shí)間和空間距離最近的地震是1942年7月9日內(nèi)蒙古通遼6.0級(jí)地震，距本次地震約35 km。這些中強(qiáng)地震大致分布在赤峰—開(kāi)原斷裂兩側(cè)，并順延眾多北東向斷裂形成有序分布。赤峰—開(kāi)原斷裂橫貫內(nèi)蒙古和遼寧交界，由西至東分別與八里罕斷裂、北票—朝陽(yáng)斷裂、錦州—阜新斷裂、長(zhǎng)春—四平斷裂等一系列北東向斷裂相交匯，形成了蒙遼交界地區(qū)獨(dú)有的“枝干型”斷裂系，為蒙遼交界歷史及現(xiàn)代中強(qiáng)地震的發(fā)生提供了有利地質(zhì)構(gòu)造條件。

圖1　通遼5.3級(jí)地震震中區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和歷史地震分布 Fig.1　Geological structure and distribution of historical earthquakes in epicentral region of the Tongliao M5.3 earthquake

2地震序列及地震類型

2.1地震序列時(shí)空分布

根據(jù)內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，截止2013年5月14日，本次MS5.3(ML5.7)地震共記錄到余震74次，其中ML4.0～4.9地震1次、ML3.0～3.9地震12次、ML2.0～2.9地震39次、ML1.0～1.9地震22次，最大余震ML4.2。

從頻度和震級(jí)統(tǒng)計(jì)圖看(圖2)，地震集中發(fā)生于4月22日至26日，其后的個(gè)別時(shí)段由于發(fā)生較大余震表現(xiàn)出一定的起伏變化，但地震序列的整體衰減態(tài)勢(shì)逐漸明朗；震級(jí)分布集中于ML1.8～2.8之間，無(wú)MS≥4.0余震發(fā)生。

雙差定位(hypoDD)結(jié)果顯示，本次通遼5.3級(jí)地震序列呈NW向展布，延伸約10 km，余震分布于主震兩側(cè)，表現(xiàn)出雙側(cè)破裂特征，且ML≥3.0地震集中發(fā)生于主震南部呈NEE向分布。從地震序列的時(shí)序發(fā)展情況看， 4月22—23日(5.3級(jí)主震發(fā)生當(dāng)天及次日)發(fā)生的余震次數(shù)為22次，約占序列總地震數(shù)目的35%，且大部分集中分布于主震NW方向；4月23日之后發(fā)生的余震則主要分布于主震南側(cè)和東南部，余震空間分布以主震發(fā)生時(shí)間為界形成鮮明對(duì)比，反映了震中區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)隨著時(shí)間推移而產(chǎn)生的方向性變化(圖3)。

圖2　震級(jí)-頻度統(tǒng)計(jì)和每日發(fā)震頻度統(tǒng)計(jì) Fig.2　Statistics of magnitude-frequency and daily earthquake frequency

圖3　通遼5.3地震序列重新定位結(jié)果 Fig.3　The relocation of earthquake sequence of Tongliao M5.3 earthquake

2.2地震類型判定

截止2013年6月10日，通遼5.3地震基本處于能量釋放末期，序列衰減態(tài)勢(shì)顯著，余震活動(dòng)趨于結(jié)束，可以利用能量釋放比例進(jìn)行地震序列類型判定。通常以主震釋放能量占全序列地震釋放能量總和的比例RE進(jìn)行判定：RE≥99.99%為孤立型，RE< 90% 為震群型或雙震型，90%≤RE< 99.99%為主余型[9]。

圖4　通遼5.3級(jí)地震累計(jì)能量釋放和地震時(shí)序分布疊加曲線 Fig.4　The accumulative energy release and the seismic temporal distribution curves of Tongliao M5.3 earthquake

從序列能量累積釋放時(shí)序曲線看(圖4)，主震發(fā)生當(dāng)天及次日能量累積釋放呈直線上升趨勢(shì)，之后發(fā)生的幾次較強(qiáng)余震又出現(xiàn)小幅驟升現(xiàn)象，5月10日以后能量釋放逐漸減弱并趨于平穩(wěn)，與地震時(shí)序分布形成同步變化特征。主震釋放能量占全序列釋放總能量的比例為99.49%(RE=E主/∑E=99.49%)，結(jié)合主震與最大余震震級(jí)差(ΔM=ML1.5)，綜合判定認(rèn)為通遼5.3地震為主震-余震型。

3發(fā)震背景討論

3.1區(qū)域地震活動(dòng)背景

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，大興安嶺和松遼盆地的5級(jí)以上中強(qiáng)地震在時(shí)序上存在著明顯的前后對(duì)應(yīng)關(guān)系，每次對(duì)應(yīng)完成一次地震活躍時(shí)段或聯(lián)動(dòng)過(guò)程。從1900年至2013年完成了5次聯(lián)動(dòng)，規(guī)律比較明顯(圖5、表1)。2008年6月10日鄂倫春與阿榮旗交界發(fā)生MS5.2地震，根據(jù)前四次的對(duì)應(yīng)規(guī)律，每個(gè)活動(dòng)期總以松遼盆地的中強(qiáng)地震作為結(jié)束地震。2013年1月23日沈陽(yáng)燈塔5.1級(jí)地震和2013年4月22日通遼5.3級(jí)地震的發(fā)生再次驗(yàn)證了大興安嶺和松遼盆地中強(qiáng)地震的聯(lián)動(dòng)對(duì)跳規(guī)律。同時(shí)也表明通遼5.3級(jí)地震是在東北地區(qū)5級(jí)以上地震的時(shí)空聯(lián)動(dòng)背景下發(fā)生的。

3.2外圍動(dòng)力學(xué)背景

在很多研究者認(rèn)為東北地區(qū)第五活躍期即將結(jié)束時(shí)[14-15]，日本東海岸發(fā)生了9.0級(jí)地震，勢(shì)必對(duì)東北地區(qū)所處的地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境和區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，具體到地震活動(dòng)變化則主要體現(xiàn)在如下三個(gè)方面：(1)日本9.0地震的發(fā)生，加速了東北地區(qū)的應(yīng)力調(diào)整過(guò)程，使區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)失衡，深震區(qū)首當(dāng)其沖成為應(yīng)力觸發(fā)的前沿區(qū)域，導(dǎo)致E125°～130°、N43°～48°范圍內(nèi)的中等地震空區(qū)隨即被打破，2個(gè)月后于空區(qū)東部邊緣發(fā)生了2011年5月10日琿春MS6.1深震(圖6)；(2)原本地震活動(dòng)水平較低的內(nèi)蒙古陳巴爾虎旗—海拉爾—牙克石一帶接連發(fā)生8次ML≥4.0地震(圖6、表2),短期地震活動(dòng)現(xiàn)狀與地震活動(dòng)背景顯著失配，異常較為明顯。該區(qū)隸屬海拉爾盆地，外圍區(qū)域則屬于海拉爾盆地至大興安嶺隆起的過(guò)度地帶，自有地震記錄以來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)MS5.0以上地震，最大地震是1979年2月6日新巴爾虎旗MS4.9地震，2011年以來(lái)發(fā)生的這8次中等以上地震可以視為該區(qū)域的地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)異常。已有研究表明，日本9.0級(jí)地震主要產(chǎn)生顯著的近場(chǎng)震后效應(yīng)[17]，對(duì)中國(guó)大陸的影響整體表現(xiàn)為震后松弛[18]， 而對(duì)我國(guó)東北和華北地區(qū)北東向斷裂則主要產(chǎn)生顯著的震后庫(kù)倫應(yīng)力加載效應(yīng)[19]，海拉爾盆地內(nèi)部北東向展布的呼倫湖斷裂同樣受到顯著的應(yīng)力加載作用，因此，近期海拉爾盆地出現(xiàn)的中等地震增強(qiáng)活躍很可能是日本9.0級(jí)地震的震后應(yīng)力觸發(fā)所致。(3) 日本9.0級(jí)地震后，環(huán)渤海及外圍地區(qū)形成“菱形”中等地震增強(qiáng)活躍區(qū)域，并在ML≥4.0地震持續(xù)活躍過(guò)程中發(fā)生一系列5級(jí)以上中強(qiáng)地震(表3)，而該區(qū)域也恰恰處于日本9.0級(jí)地震后庫(kù)倫應(yīng)力增加的北東向展布的郯廬斷裂帶中北段及附近位置(圖6)。

圖5　1900年以來(lái)大興安嶺和松遼盆地5級(jí)以上地震時(shí)空分布特征 Fig.5　The temporal and spatial distribution characteristics of M≥5.0 earthquakes in Da Hinggan Mountains and Songliao Basin since 1900

Table1Thecorrespondingrelationofthemederate-strongearthquakesofM≥5.0inDaHingganMountainsandSongliaoBasinsince1900

序號(hào)地震時(shí)間震級(jí)發(fā)震位置所屬區(qū)域序號(hào)地震時(shí)間震級(jí)發(fā)震位置所屬區(qū)域11923-10-155.0布特哈旗大興安嶺131981-04-265.1博克圖大興安嶺21926-10-285.0布特哈旗大興安嶺141986-03-015.3德都松遼盆地31931-06-305.25阿榮旗北大興安嶺151986-08-165.5德都松遼盆地41937-06-115.0吉林市北松遼盆地161999-01-295.2錫林浩特北大興安嶺51940-01-196.0庫(kù)倫旗西松遼盆地172003-08-165.9巴林左旗大興安嶺61941-05-056.0綏化松遼盆地182004-03-245.9東烏珠穆沁旗大興安嶺71942-07-096.0通遼松遼盆地192005-07-255.1林甸松遼盆地81942-09-026.0綏化北松遼盆地202006-03-315.0乾安松遼盆地91956-10-145.25扎蘭屯西北大興安嶺212008-06-105.2阿榮旗大興安嶺101960-04-135.8吉林榆樹松遼盆地222013-01-235.1沈陽(yáng)燈塔松遼盆地111966-10-025.2吉林懷德松遼盆地232013-04-225.3通遼松遼盆地121980-02-105.6博克圖大興安嶺24????

表 2　2011年以來(lái)海拉爾盆地及周邊M L≥4.0級(jí)地震

表 32013年以來(lái)大環(huán)渤海地區(qū)MS≥5.0地震參數(shù)

Table3SeismicparametersofearthquakesofMS≥5.0 in the large Bohai rim since 2013

地震時(shí)間地震位置經(jīng)度/(°)緯度/(°)震級(jí)/MS深度/km地點(diǎn)2013-01-21123.1241.305.110遼寧燈塔2012-04-21124.6035.205.010黃海海域2012-04-22122.4042.905.36內(nèi)蒙古通遼2013-05-18124.7037.705.18黃海海域

圖6　2011年3月11日日本9.0級(jí)地震前后M L≥4.0地震分布 Fig.6　Distribution of M L≥4.0 earthquakes before and after the JapanM9.0 earthquake on March 11，2011

4結(jié)論和討論

(1) 赤峰—開(kāi)原斷裂是我國(guó)華北塊體和東北塊體的分界線，2013年4月22日通遼5.3級(jí)地震發(fā)生在赤峰—開(kāi)原斷裂中段，發(fā)震位置特殊，對(duì)東北地區(qū)和華北地區(qū)的地震活動(dòng)格局都將產(chǎn)生一定的影響。

(2) 通遼5.3級(jí)地震的普適性：通遼5.3級(jí)地震序列特征符合區(qū)域歷史震例統(tǒng)計(jì)規(guī)律，余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間短、數(shù)目較少，原因在于松遼盆地周邊比較破碎，不易積累太大能量，能量釋放規(guī)模小、周期短，余震次數(shù)相對(duì)較少。

(3) 通遼5.3級(jí)地震的特殊性：通遼5.3級(jí)地震與東北歷史地震活動(dòng)統(tǒng)計(jì)規(guī)律略有不同，表現(xiàn)出一定的特殊性，東北地區(qū)以往震例少有前震或信號(hào)震發(fā)生，而通遼5.3級(jí)地震之前3個(gè)月原地曾發(fā)生2013年1月21日MS3.9地震，應(yīng)屬通遼5.3級(jí)地震的前震或信號(hào)震。

(4) 通遼5.3地震是在東北地區(qū)大興安嶺和松遼盆地兩大構(gòu)造塊體中強(qiáng)地震完成第五次聯(lián)動(dòng)對(duì)跳過(guò)程中發(fā)生的，這為依據(jù)此規(guī)律對(duì)東北地區(qū)未來(lái)地震形勢(shì)判定提供了新的震例。

(5) 沈陽(yáng)燈塔5.1級(jí)地震和通遼5.3級(jí)地震的關(guān)系。根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者的研究結(jié)論[10-11，13]，類似赤峰開(kāi)原斷裂這種“枝干型”的構(gòu)造形式存在多組斷裂交匯，較易孕育雙震型或多震型序列，而且在歷史上確曾發(fā)生過(guò)雙震型震例，1940年1月19日通遼庫(kù)倫發(fā)生6.0級(jí)地震之后，在其東北方約66km處發(fā)生1942年7月9日通遼6.0級(jí)地震，這兩次地震同屬于同一構(gòu)造單元開(kāi)魯盆地，雖然時(shí)間跨度近2年半，但空間成對(duì)特征顯著。2013年1月23日遼寧燈塔5.1級(jí)地震和4月22日通遼5.3級(jí)地震空間相距170km，時(shí)間相距89天，空間成對(duì)較為勉強(qiáng)，時(shí)間成對(duì)尚有可能。如果沈陽(yáng)燈塔5.1級(jí)地震不是通遼5.3級(jí)地震的空間成對(duì)地震，根據(jù)眾多研究者總結(jié)的斷裂構(gòu)造展布與地震類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該區(qū)域具備發(fā)生多震型地震的地質(zhì)構(gòu)造條件，那么通遼5.3級(jí)地震之后赤峰開(kāi)原斷裂應(yīng)該還具有再次發(fā)生5級(jí)左右中強(qiáng)地震的可能性。

(6) 目前，東北地區(qū)處于來(lái)自太平洋板塊的日本海溝9.0級(jí)巨震和北美板塊鄂霍次克海8.2級(jí)最大深震的共同影響下，這在東北地區(qū)的地震活動(dòng)歷史上從未發(fā)生過(guò)；同樣罕見(jiàn)的是，2013年10月31日至11月23日，吉林前郭連發(fā)5次MS≥5.0地震，最大震級(jí)MS5.8。由此分析認(rèn)為，東北地區(qū)未來(lái)的地震活動(dòng)很可能打破原有的統(tǒng)計(jì)規(guī)律而產(chǎn)生新的活動(dòng)格局，未來(lái)的地震形勢(shì)將復(fù)雜而嚴(yán)峻。

致謝：感謝審稿專家提供的修改建議；文中地形圖均由GMT程序包繪制完成；作者在此一并致謝。

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